基于MATLAB的FIR数字滤波器仿真与设计(开题报告).docVIP

1、课题来源 实现数字滤波器的方法一般有两种：一种方法是设计专用的数字硬件、专用的数字信号处理器或采用通用的数字信号处理器来实现；另一种方法是把滤波器所要完成的运算编成程序并让计算机执行，也就是采用计算机软件来实现。 但在高校课程教学中，均存在着实验教学设备投资不能满足当前课程教学实验环节的需要。针对此问题本文采用第二种方法来实现数字滤波器的设计和应用实验，这样较好地解决了实验课程中缺设备或设备不足够以及受制实验室环境限制等问题。 本设计根据 FIR滤波器的设计原理,提出了Matlab环境下FIR滤波器的窗函数法、频率抽样法, Matlab环境为设计FIR滤波器提供了一个可靠而有效的工作平台。Matlab软件以矩阵运算为基础，把计算、可视化及程序设计有机融合到交互式工作环境中，并且为数字滤波的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。工程人员可以直观方便地进行科学研究与工程应用。 2、研究目的和意义 1.本课题的理论意义 本课题的实际意义 FIR滤波器是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位冲激响应是有限的，没有输入到输出的反馈，是稳定的系统。因此，FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。 数字滤波器用来对信号进行过滤，检测与参数估计等处理，利用数字滤波器可改变信号中所含频率分量的相对比例或滤除某些频率分量，使其达到所需要的效果在通信、语言，图像、自动控制、雷达军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。尤其在图像处理、数据压等方面取得了令人瞩目的进展和成就。鉴于此，数字滤波器的设计就显得尤为重要。 随着集成电路技术的发展，各种新型的大规模和超大规模集成电路不断涌现集成电路技术与计算机技术结合在一起，使得对数字信号处理系统功能的要求越来越强。数字滤波在语音信号、图象处理、模式识别和谱分析等领域中的一个基本的处理技术。数字滤波与模拟滤波相比数字滤波具有很多突出的优点，主要是因为数字滤波器是过滤时间离散信号的数字系统，它可以用软件（计算机程序）或用硬件来实现，而且在两种情况下都可以用来过滤实时信号或非实时信号。尽管数字滤波器这个名称一直到六十年代中期才出现，但是随着科学技术的发展及计算机的更新普及，数字滤波器有着很好的发展前景。20世纪60年代起，由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器的发展上了一个新台阶，朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉等方向努力，其中高精度、小体积、多功能、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向，导致数字滤波器、RC有源滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成己被研制出来并得到应用，90年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。 4、本课题的主要研究内容及拟采取的技术路线、试验方案 1.课题的主要内容: 首先，进行文献综述，介绍当今国内外动态和方向。提出本文的主要设计内容及实际意义。 其次，综述。 最后，从仿真结果中，得出有关结论，并对论文研究内容进行展望。 ,从时域出发设计 h(n)逼近理想 。我们要设计的是FIR滤波器，其h（n）必然是有限长的，所以要用有限长的h（n）来逼近无限长的。最有效的方法是将进行截断，或者说，是用一个有限长度的窗函数序列w（n）来截取，即利用截取为有限长因果序列。按照线性相位滤波器的要求，线性相位FIR数字低通滤波器的单位抽样响应h(n)必须是偶对称的。矩形窗设计的FIR低通滤波器，最大相对肩峰值为8.95%，N增加钾时，2pi/N减小，故起伏振荡变密，最大肩峰则总是8.95%，这种现象称为吉布斯（Gibbs）现象。为了消除吉布斯效应，一般采用其他类型的窗函数，Matlab设计FIR滤波器有多种方法和对应的函数。窗函数设计法不仅在数字滤波器的设计中占有重要的地位，同时可以用于功率谱的估计，从根本上讲，使用窗函数的目的就是消除由无限序列的截短而引起的Gibbs现象所带来的影响。 利用频率抽样法的基本思路是：设所需滤波器的频率响应为。现要求设计一个M阶的FIR滤波器h[k]，使得在M+1个抽样点上，FIR滤波器的频率响应与所需的频率响应相等，即 由设计要求给定，h[k]需要通过设计来确定。如果M+1个方程是线性无关的，则可以通过求解M+1阶的线性方程得出FIR滤波器的h[k]。对的一些特殊抽样法，上式方程的解可以直接由IDFT得到。由于要求设计出的滤波器是实系数的线性相位FIR滤波器，所以的抽样值还需要满足线性相位滤波器的约束条件。 鉴于本课题设计的需要，必须将实验研究法、文献研究法、定性分析法